TWI448063B - 功率轉換器之控制器及切換方法以及准諧振功率轉換器之控制方法 - Google Patents

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Description

功率轉換器之控制器及切換方法以及准諧振功率轉換器之控制方法
本發明係關於一種功率轉換器，特別是關於一種准諧振功率轉換器(quasi-resonant power converter)。
為了改善在高切換頻率時的效能並降低功率損耗，准諧振功率轉換器(quasi-resonant power converter)是一種解決方式。准諧振功率轉換器的技術細節可參閱習知技術-編號7,426,120且名稱為“Switching Control Circuit Having a Valley Voltage Detector to Achieve Soft Switching for a Resonant Power converter”之美國專利。然而，准諧振功率轉換器的缺點是在輕負載狀態下效率較低。准諧振功率轉換器的切換頻率是根據其輸入電壓及輸出負載而變化。一旦輸入電壓增加或者輸出負載減少，准諧振功率轉換器的切換頻率將會自然地增加。在輕負載下增加的切換頻率將會提高准諧振功率轉換器的切換損耗，因此降低了效率。
本發明提供一種功率轉換器之控制器。此控制器包括脈寬調變電路、檢測電路、信號產生器、以及振盪電路。脈寬調變電路產生切換信號。此切換信號切換功率轉換器之電晶體以控制功率轉換器之變壓器，且回授信號耦接至 脈寬調變電路以禁能所述切換信號。檢測電路透過電阻器耦接變壓器，且根據獲得自變壓器之檢測信號來產生波谷信號。信號產生器接收所述回授信號以及所述波谷信號以產生致能信號。振盪電路產生最高頻率信號。此最高頻率信號結合所述致能信號來產生脈波信號，而此脈波信號用來致能所述切換信號。所述回授信號與功率轉換器之輸出負載相關聯。所述脈波信號之最高頻率被限制。
所述控制器更包括突衝電路，其接收所述回授信號以產生突衝信號來禁能所述切換信號。此突衝電路包括具有磁滯特性之臨界信號以產生所述突衝信號。所述切換信號之截止時間根據所述回授信號之減少而增加。
所述檢測電路包括檢測端、電壓箝制電路、電流檢測電路以及比較器。檢測端耦接變壓器以接收所述檢測信號。電壓箝制電路箝制在檢測端上之最小電壓。電流檢測電路根據流至檢測端之電流來產生電流信號。比較器則根據此電流信號來產生所述波谷信號，且波谷信號只在切換信號被禁能時產生。
本發明也提供一種控制准諧振功率轉換器之方法。此方法包括以下步驟：產生切換信號，此切換信號用來切換准諧振功率轉換器之電晶體以控制准諧振功率轉換器之變壓器；根據回授信號來產生重置信號；在所述切換信號之截止期間，根據獲得自變壓器之檢測信號來產生波谷信號；產生最高頻率信號；根據所述回授信號以及所述波谷信號來產生致能信號；以及根據所述致能信號以及最高頻率信號來產生脈波信號。所述重置信號用來禁能所述切換 信號。所述脈波信號則用來致能所述切換信號。所述回授信號與准諧振功率轉換器之輸出負載相關聯。
所述波谷信號係透過耦接所述變壓器之電阻器而產生。此方法更包括根據所述回授信號來產生突衝信號。此突衝信號用來禁能所述切換信號。此突衝信號根據所述回授信號與臨界信號而產生，且此臨界信號具有磁滯特性以產生所述突衝信號。所述切換信號之截止時間根據所述回授信號之減少而增加。該切換信號之最高頻率被限制。
本發明另提供一種切換功率轉換器之方法，此方法包括以下步驟：產生切換信號，此切換信號用來切換諧振功率轉換器之電晶體以控制功率轉換器之變壓器；根據回授信號來產生重置信號；在所述切換信號之截止期間，根據變壓器之信號波形來產生波谷信號；以及根據所述回授信號以及所述波谷信號來產生脈波信號。所述脈波信號之最高頻率被限制。所述重置信號用來禁能所述切換信號。所述脈波信號用來致能所述切換信號。所述回授信號與功率轉換器之輸出負載相關聯。
所述方法更包括：產生最高頻率信號以產生所述脈波信號。此最高頻率信號之頻率根據所述回授信號之減少而減少。所述波谷信號係透過耦接變壓器之電阻器而產生。所述方法更包括：根據所述回授信號來產生突衝信號。此突衝信號用來禁能所述切換信號。此突衝信號根據所述回授信號與臨界信號而產生，且此臨界信號具有磁滯特性以產生所述突衝信號。所述切換信號之截止時間根據所述回授信號之減少而增加。所述切換信號之最高頻率被限制。
為使本發明之所述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1係繪示准諧振功率轉換器(quasi-resonant power converter)。變壓器10具有一次側繞組NP 、輔助繞組NA 、以及二次側繞組NS 。一次側繞組NP 耦接輸入電壓VIN 。整流器12與電容器15串聯於輔助繞組NA 與參考接地之間。二次側繞組NS 透過整流器40與電容器45來產生輸出電壓VO 。為了調節輸出電壓VO ，控制器50產生切換信號SPWM 以透過電晶體20來切換變壓器10。回授信號VFB 係與准諧振功率轉換器之輸出電壓VO 相關聯。在本發明之一實施例中，回授信號VFB 與准諧振功率轉換器之輸出負載成比例地變化。回授信號VFB 耦接控制器50以產生切換信號SPWM ，藉此調節准諧振功率轉換器之輸出電壓VO 。變壓器10之輔助繞組NA 的反射電壓VAUX 可表示為：
其中，Na 與Ns 分別表示變壓器10之輔助繞組NA 的繞組數以及二次側繞組NS 的繞組數。
由電阻器31與32所組成的分壓器耦接控制器50之檢測端VS，用來檢測變壓器10之輔助繞組NA 的反射電壓VAUX 的波形。控制器50之檢測端VS所接收到的檢測電壓VS 是衰減反射電壓VAUX 而獲得的，其可表示如下：
其中，R31 與R32 分別表示電阻器31與32的電阻值。
檢測電壓VS 也關於變壓器10之去磁時間(demagnetizing time)TS (顯示於圖10A及圖10B)以及電晶體20之汲-源極電壓(VDS )。因此，切換信號SPWM 係根據檢測電壓VS 而產生，以完成波谷切換操作(valley switching operation)。
圖2係繪示根據本發明之一實施例之准諧振功率轉換器的控制器50。控制器50包括脈寬調變(pulse width modulation，PWM)電路60、檢測電路200、信號產生電路300以及突衝電路100。PWM電路60產生切換信號SPWM ，用以透過電晶體20來切換變壓器10。PWM電路60包括正反器80、及閘85、反相器65、及閘76以及比較器75。回授信號VFB 被供應至突衝電路100以產生突衝信號SBT ，使得當回授信號VFB 之準位降低至一特定準位時用來禁能(disabling)切換信號SPWM 。信號產生電路300產生脈波信號PLS以及斜坡信號RMP。比較器75比較斜坡信號RMP與回授信號VFB 。比較器75之輸出以及突衝信號SBT 供應至及閘76之輸入端，以在及閘76之輸出上產生重置信號RST。重置信號RST用來禁能切換信號SPWM 。檢測電路200透過檢測端VS來耦接變壓器10，以根據變壓器10之輔助繞組NA 的波形來產生波谷信號SV 以及放電時間信號ST 。信號產生電路300用來接收回授信號VFB 、波谷信號SV 、以及放電時間信號ST ，以產生脈波信號PLS。脈波信號PLS透過反相器65來計時(clocking)正反器80，藉以致能(enabling)切換信號SPWM 。正反器80之輸出耦接及閘85之一輸入以產生切換信號SPWM 。及閘85之另一輸入透過反相器65來接收反相的脈波信號PLS，以限制切換信號SPWM 的最大工作週期。
圖3係繪示根據本發明之一實施例之控制器50的突衝電路100。突衝電路100包括比較器110以及磁滯電路(hysteresis circuit)。比較器110之正端接收回授信號VFB 。比較器110之負端接收臨界信號。磁滯電路包括反相器115以及開關120與125。開關120之第一端以及開關125之第一端分別接收參考電壓VTA 以及參考電壓VTB 。開關120之第二端以及開關125之第二端耦接比較器110之負端。開關120之控制端由突衝信號SBT 所控制。開關125之控制端則是由透過反相器115而由反相之突衝信號SBT 所控制。一旦當突衝信號SBT 被致能而開關120導通，臨界信號將切換為參考電壓VTA 之準位。一旦當突衝信號SBT 被禁能而開關125導通，臨界信號將切換為參考電壓VTB 之準位。參考電壓VTA 之準位為先前所述之特定準位，其低於參考電壓VTB 之準位。參考電壓VTA 與VTB 提供磁滯特性給臨界信號，以產生突衝信號SBT 。
圖4係繪示根據本發明之一實施例之控制器50的檢測電路200。檢測電路200包括電壓箝制電路、電流檢測電路以及信號產生器。電壓箝制電路包括電流源210、電阻器213、電晶體215以及電晶體220。電流源210耦接於供應電壓VCC 與電晶體220的閘極之間。電阻器213耦接於電晶體220的閘極與電晶體215的汲極之間。電晶體215之閘極與汲極耦接在一起。電晶體215之源極耦接參考接地。電晶體220之源極耦接檢測端VS。檢測端VS透過分壓器來耦接變壓器10，以接收檢測電壓VS 。電壓箝制電路箝制檢測電壓VS 的最小振幅(VS(MIN) )。電晶體215之導通臨界電壓與電晶體220之導通臨界電壓相關聯。電流源210之電流與電阻器213之電阻值決定了在檢測端VS上之檢測電壓VS 的最小振幅(VS(MIN) )。檢測電壓VS 的最小振幅(VS(MIN) )可表示如下：
其中，Vin 係表示准諧振功率轉換器的輸入電壓。
電流檢測電路包括電晶體231與232以及電阻器240。電晶體231與232形成一電流鏡，電流鏡之輸入耦接電晶體220之汲極，電阻器240耦接電流鏡之輸出。電流檢測電路根據流至檢測端VS之電流來產生跨於電阻器240之電流信號V240 。信號產生器包括比較器250與260、反相器251以及及閘270與280。比較器250之正端接收電流信號V240 。比較器250之負端接收臨界電壓VT2 。比較器260之負端耦接檢測端VS。比較器260之正端接收臨界電壓VT1 。及閘270之第一輸入以及及閘280之第一輸入透過反相器251接收反相的切換信號SPWM 。及閘270之第二輸入與及閘280之第二輸入分別耦接比較器250之輸出以及比較器260之輸出。及閘270之輸出根據電流信號V240 來產生波谷信號SV 。當電流信號V240 高於臨界信號VT2 且切換信號SPWM 正被禁能時，波谷信號SV 將被致能。當檢測端VS上的檢測電壓VS 低於臨界信號VT1 且切換信號SPWM 正被禁能時，放電時間信號ST 將被致能。代表變壓器10之去磁時間的放電時間信號ST ，係用來達成功率轉換器的准諧振切換。
圖5係繪示根據本發明之一實施例之控制器50的信號產生電路300。信號產生電路300包括計時電路、致能電路以及振盪電路330。計時電路包括電壓轉電流電路312、電流源313、反相器315、電晶體316以及電容器320。電壓轉電流電路312之輸入接收回授信號VFB 。電流源313耦接於供應電壓VCC 與電壓轉電流電路312的輸出之間。電容器320耦接於電壓轉電流電路312的輸出與參考接地之間。電晶體316與電容器320相並聯。電晶體316之閘極係由透過反相器315而由反相之放電時間信號ST 所控制。放電時間信號ST 透過反相器315與電晶體316來使電容器320放電。電壓轉電流電路312將回授信號VFB 轉換為電流IFB 。電流源313提供電流I313 。流至電容器320之充電電流IC 的值等於電流I313 與電流IFB 的總和。充電電流IC 對電容器320充電，以產生跨於電容器320的計時信號VTM 。電流I313 也保證了充電電流IC 的最小值。充電電流IC 因而根據回授信號VFB 的減少而減少。因此，計時信號VTM 的充電時間根據回授信號VFB 的減少而增加。致能電路包括比較器321與322、及閘325以及或閘326。比較器321比較計時信號VTM 與參考電壓VR1 ，使得當計時信號VTM 高於參考電壓VR1 時來致能第一致能信號SE 。第一致能信號SE 及波谷信號SV 供應至及閘325之輸入端。開始於放電時間信號ST 被致能且結束於第一致能信號SE 被致能的一期間被定義為致能延遲時間。回授信號VFB 根據輸出負載的減少而減少。致能延遲時間根據回授信號VFB 的減少而增加。切換信號SPWM 之截止時間因而根據回授信號VFB 的減少而增加。比較器322比較計時信號VTM 與參考電壓VR2 ，使得當計時信號VTM 高於參考電壓VR2 時來致能暫停信號SMT 。及閘325之輸出以及暫停信號SMT 供應至或閘326之輸入，以產生致能信號SENB 。參考電壓VR2 高於參考電壓VR1 。振盪電路330接收致能信號SENB ，以產生脈波信號PLS以及斜坡信號RMP。
圖6係繪示根據本發明之一實施例之信號產生電路300的振盪電路330。振盪器330包括鋸齒信號產生器以及控制電路。鋸齒信號產生器包括電流源350、355與359，還包括電容器340以及開關351、354與358。電流源350耦接於供應電壓VCC 與開關351的第一端之間。開關351之第二端耦接開關354之第一端。電流源355耦接於開關354的第二端與參考接地之間。開關358與電流源359串聯於開關354的第二端與參考接地之間。電容器340耦接於開關351的第二端與參考接地之間。電流源350係用來透過開關351對電容器340充電。電流源355係用來透過開關354使電容器340放電。開關351受充電信號SC 所控制。開關354受放電信號SDM 所控制。開關358則受快速放電信號SFD 所控制。因而產生了跨於電容器340之斜坡信號RMP。控制電路包括比較器361、362與363，還包括反及閘365與366、及閘367與370、反相器375與376以及或閘371。斜坡信號RMP被提供至比較器361之負端、比較器362之正端以及比較器363之正端。比較器361之正端接收臨界電壓VH 。比較器362之負端接收臨界電壓VL 。比較器363之負端接收臨界電壓VM 。臨界電壓VH 大於臨界電壓VM 。而臨界電壓VM 大於臨界電壓VL 。反及閘365與366形成一個拴鎖電路，用來接收比較器361及362的輸出信號。拴鎖電路輸出放電信號SD 。放電信號SD 決定了切換信號SPWM 的最高頻率。放電信號SD 及比較器363之輸出信號被供應至及閘367之輸入，以產生放電信號SDM 。反相器375接收放電信號SD 以產生充電信號SC 。反相器376接收充電信號SC 以產生脈波信號PLS。在電容器340的放電期間，脈波信號PLS被致能。放電信號SD 更被提供至及閘370之一輸入以產生快速放電信號SFD 。快速放電信號SFD 與致能信號SENB 被提供至或閘371之輸入。或閘371之輸出耦接及閘370之另一輸入。因此，一旦放電信號SD 被致能，致能信號SENB 將觸發快速放電信號SFD 。只有當放電信號SD 被禁能，快速放電信號SFD 才可被禁能。由於電流源359之電流遠大於電流源355之電流，因此當快速放電信號SFD 被致能時，電容器340將立刻放電。在電容器340的放電期間，斜坡信號RMP維持在臨界電壓VM 的準位，直到致能信號SENB 啟動快速放電信號SFD 。一旦斜坡信號RMP低於臨界臨界電壓VL ，放電信號SD 將被禁能。因而一旦放電信號SD 被致能時，波谷信號SV 便能觸發脈波信號PLS。因此，電流源350之電流、電容器340之電容值以及臨界電壓VH 、VM 與VL 決定了放電信號SD 的最高頻率，也決定了切換信號SPWM 的最高頻率。
圖7係繪示根據本發明之一實施例之信號產生電路300的電壓轉電流電路312。電壓轉電流電路312包括電流源430與435、運算放大器410以及電晶體411、421與422，還包括電阻器412。輸入端點V耦接運算放大器410之正端。運算放大器410之輸出端耦接電晶體411之閘極。運算放大器410之負端耦接電晶體411之源極。電阻器412耦接於電晶體411的源極與參考接地之間。流經電晶體411之電流I411 將流經電阻器412。一旦電流I411 高於源自電流源435之電流I435 ，等於電流I411 與I435 之差的電流I421 將流經由電晶體421與422所組成之電流鏡的輸入。產生於端點I的電流(也是電流鏡之輸出)將受到電流源430所限制。電晶體422在輸出端點I上產生輸出電流，其與輸入端點V上的輸入電壓相關聯。
圖8係繪示變壓器10之切換信號SPWM 以及反射信號VAUX 的波形。期間TS 表示變壓器10的去磁時間，其與放電時間信號ST 相關聯。為了實現准諧振操作，依據負載狀態，切換信號SPWM 可在時間點P1 、P2 、或P5 上被致能。當負載較重時，切換信號SPWM 可在時間點P1 或P2 上被致能。當負載較輕時，切換信號SPWM 可在時間點P3 、P4 或P5 上被致能。
圖9係繪示操作在不同負載狀態下之准諧振功率轉換器的主要信號波形。如圖所示的突衝期間TBST ，准諧振功率轉換器操作在突衝模式。此突衝模式係指准諧振功率轉換器之操作已進入至極輕負載狀態。一旦突衝信號SBT 被啟動(被禁能)，切換信號SPWM 將被禁能。此即，當切換信號SPWM 沒有被突衝信號SBT 禁能時，切換信號SPWM 可在時間點P1 或P2 上被致能，藉以降低電晶體20之切換損失，進而增加准諧振功率轉換器的效率。
圖10A係繪示當准諧振功率轉換器在重負載狀態下以准諧振及波谷切換來操作時的主要信號波形。舉例來說，切換信號SPWM 在圖8的時間點P1 上被致能。
圖10B係繪示當准諧振功率轉換器在輕負載狀態下以准諧振及長期波谷切換來操作時的主要信號波形。舉例來說，切換信號SPWM 在圖8的時間點P3 上被致能。
圖11係繪示根據本發明之另一實施例之控制器50的信號產生電路300。電壓轉電流電路312根據回授信號VFB 來產生電流IFB 。電流源313產生電流I313 。電流I313 結合電流IFB 來產生電流I510 。電流I313 確保了電流I510 的最小值。因此，電流I510 根據回授信號VFB 的減少而減少。電晶體510、511、512、513及514形成電流鏡電路。電流I510 提供至此電流鏡電路之輸入。電流鏡電路之第一輸出以及第二輸出分別地將充電電流ICH 提供至振盪電路342以及吸收來自振盪電路342之放電電流IDH 。充電電流ICH 與放電電流IDH 當根據回授信號VFB 的減少而減少。振盪電路342更接收波谷信號SV 以及放電時間信號ST ，以產生脈波信號PLS及斜坡信號RMP。
圖12係繪示根據本發明之一實施例，圖11之信號產生電路300的振盪電路342。振盪電路342包括鋸齒信號產生器以及控制電路。鋸齒信號產生器包括電流源359、電容器340以及開關351、354與358。開關351之第一端耦接圖11之電流鏡電路的第一輸出，以接收充電電流ICH 。開關351之第二端耦接開關354之第一端。開關354之第二端耦接圖11之電流鏡電路的第二輸出，以輸出放電電流IDH 。開關358與電流源359串接於開關354的第二端與參考接地之間。電容器340耦接於開關351的第二端與參考接地之間。充電電流ICH 係使用來透過開關351對電容器340充電。放電電流IDH 則係使用來透過開關354使電容器340放電。開關351受充電信號SC 所控制。開關354受放電信號SDM 所控制。開關358則受快速放電信號SFD 所控制。因而產生了跨於電容器340之斜坡信號RMP。控制電路包括比較器361、362與363，還包括反及閘365與366、反相器375與376、或閘371、以及延遲電路385，也包括了及閘367、370與380。斜坡信號RMP被供應至比較器361之負端、比較器362之正端以及比較器363之正端。比較器361之正端接收臨界電壓VH 。比較器362之負端接收臨界電壓VL 。比較器363之負端接收臨界電壓VM 。臨界電壓VH 大於臨界電壓VM 。而臨界電壓VM 大於臨界電壓VL 。反及閘365與366形成一個拴鎖電路，用來接收比較器361及362的輸出信號。拴鎖電路輸出放電信號SD 。放電信號SD 決定了切換信號SPWM 的最高頻率。放電信號SD 及比較器363之輸出信號被提供至及閘367之輸入，以產生放電信號SDM 。反相器375接收放電信號SD 以產生充電信號SC 。反相器376接收充電信號SC 以產生脈波信號PLS。在電容器340的放電期間，脈波信號PLS被致能。放電信號SD 更被提供至及閘370之一輸入以產生快速放電信號SFD 。快速放電信號SFD 與波谷信號SV 被提供至或閘371之兩輸入。或閘371之輸出耦接及閘370之另一輸入。因此，一旦放電信號SD 被致能，波谷信號SV 將觸發快速放電信號SFD 。只有當放電信號SD 被禁能，快速放電信號SFD 才可被禁能。此外，放電時間信號ST 以及放電信號SD 被供應至及閘380之輸入。及閘380之輸出透過延遲電路385來耦接或閘371之另一輸入。因此。當放電時間信號ST 被致能時，即使波谷信號SV 無效，放電信號SD 的致能仍將會在一延遲時間TD 後啟始(initiate)快速放電信號SFD 。此延遲時間TD 係由延遲電路385所決定。
由於電流源359之電流遠大於放電電流IDH ，因此當快速放電信號SFD 被致能時，電容器340將立刻放電。在電容器340的放電期間，斜坡信號RMP維持在臨界電壓VM 的準位，直到快速放電信號SFD 被致能。一旦斜坡信號RMP低於臨界臨界電壓VL ，放電信號SD 將被禁能。因而一旦放電信號SD 被致能時，波谷信號SV 便能觸發脈波信號PLS。因此，充電電流ICH 、電容器340之電容值、以及臨界電壓VH 、VM 、與VL 決定了放電信號SD 的最高頻率且決定了切換信號SPWM 的最高頻率。
本發明實施例所提供之控制器能在不同的負載狀態下限制最大切換頻率並實現波谷切換。因此，在不同負載狀態下准諧振功率轉換器可獲得高效能。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
 圖1：
10．．．變壓器
12．．．整流器
15．．．電容器
20．．．電晶體
31、32．．．電阻器
40．．．整流器
45．．．電容器
50．．．控制器
NA ．．．輔助繞組
NP ．．．一次側繞組
NS ．．．二次側繞組
SPWM ．．．切換信號
VAUX ．．．反射電壓
VCC ．．．供應電壓
VFB ．．．回授信號
VIN ．．．輸入電壓
VO ．．．輸出電壓
VS ．．．檢測電壓
圖2：
60．．．脈寬調變電路
65．．．反相器
75．．．比較器
76．．．及閘
80．．．正反器
85．．．及閘
100．．．突衝電路
200．．．檢測電路
300．．．信號產生電路
PLS．．．脈波信號
RMP．．．斜坡信號
RST．．．重置信號
SBT ．．．突衝信號
ST ．．．放電時間信號
SV ．．．波谷信號
圖3
110．．．比較器
115．．．反相器
120、125．．．開關
VTA 、VTB ．．．參考電壓
圖4
210．．．電流源
213．．．電阻器
215、220、231、232．．．電晶體
240．．．電阻器
250．．．比較器
251．．．反相器
260．．．比較器
270、280．．．及閘
V240 ．．．電流信號
VT1 、VT2 ．．．臨界電壓
VS．．．控制器之檢測端
圖5：
312．．．電壓轉電流電路
313．．．電流源
315．．．反相器
316．．．電晶體
320．．．電容器
321、322．．．比較器
325．．．及閘
326．．．或閘
330．．．振盪電路
I313 、IFB ．．．電流
IC ．．．充電電流
VTM ．．．計時信號
VR1 、VR2 ．．．參考電壓
SE ．．．第一致能信號
SMT ．．．暫停信號
SENB ．．．致能信號
圖6：
340．．．電容器
350．．．電流源
351、354．．．開關
355．．．電流源
358．．．開關
359．．．電流源
361、362、363．．．比較器
365、366．．．反及閘
367、370．．．及閘
371．．．或閘
375、376．．．反相器
SC ．．．充電信號
SD 、SDM ．．．放電信號
SFD ．．．快速放電信號
VH 、VL 、VM ．．．臨界電壓
圖7：
410．．．運算放大器
411．．．電晶體
412．．．電阻器
421、422．．．電晶體
430、435．．．電流源
I．．．輸出端點
I411 、I421 、I435 ．．．電流
V．．．輸入端點
圖8：
P1 ...P5 ．．．時間點
SPWM ．．．切換信號
ST ．．．放電時間信號
TS ．．．去磁時間
VAUX ．．．反射電壓
圖9：
SBT ．．．突衝信號
SPWM ．．．切換信號
TBST ．．．突衝期間
VAUX ．．．反射電壓
圖10A：
PLS．．．脈波信號
RMP．．．斜坡信號
SPWM ．．．切換信號
SV ．．．波谷信號
TS ．．．去磁時間
VH 、VL 、VM ．．．臨界電壓
圖10B：
PLS．．．脈波信號
RMP．．．斜坡信號
SPWM ．．．切換信號
SV ．．．波谷信號
TD ．．．延遲時間
TS ．．．去磁時間
VH 、VL 、VM ．．．臨界電壓
圖11：
312．．．電壓轉電流電路
313．．．電流源
342．．．振盪電路
510、511、512、513、514．．．電晶體
I313 、I510 、IFB ．．．電流
ICH ．．．充電電流
IDH ．．．放電電流
RMP．．．斜坡信號
RST．．．重置信號
ST ．．．放電時間信號
SV ．．．波谷信號
圖12：
340．．．電容器
351、354．．．開關
358．．．開關
359．．．電流源
361、362、363．．．比較器
365、366．．．反及閘
367、370．．．及閘
371．．．或閘
375、376．．．反相器
380．．．及閘
385．．．延遲電路
ICH ‧‧‧充電電流
IDH ‧‧‧放電電流
SC ‧‧‧充電信號
SD 、SDM ‧‧‧放電信號
SFD ‧‧‧快速放電信號
VH 、VL 、VM ‧‧‧臨界電壓
圖1繪示准諧振功率轉換器；
圖2繪示根據本發明之一實施例之准諧振功率轉換器的控制器；
圖3繪示根據本發明之一實施例之控制器的突衝電路；
圖4繪示根據本發明之一實施例之控制器的檢測電路；
圖5繪示根據本發明之一實施例之控制器的信號產生電路；
圖6繪示根據本發明之一實施例之信號產生電路的振盪電路；
圖7繪示根據本發明之一實施例之信號產生電路的電壓轉電流電路；
圖8繪示根據本發明一實施例，切換信號以及變壓器之反射信號的波形；
圖9繪示操作在不同負載狀態下之准諧振功率轉換器的主要信號波形；
圖10A繪示當准諧振功率轉換器在重負載狀態下的主要信號波形；
圖10B繪示當准諧振功率轉換器在輕負載狀態下的主要信號波形；
圖11繪示根據本發明之另一實施例之控制器的信號產生電路；以及
圖12繪示根據本發明之一實施例，圖11之信號產生電路的振盪電路。
50‧‧‧控制器
60‧‧‧脈寬調變電路
65‧‧‧反相器
75‧‧‧比較器
76‧‧‧及閘
80‧‧‧正反器
85‧‧‧及閘
100‧‧‧突衝電路
200‧‧‧檢測電路
300‧‧‧信號產生電路
PLS‧‧‧脈波信號
RMP‧‧‧斜坡信號
RST‧‧‧重置信號
SBT ‧‧‧突衝信號
SPWM ‧‧‧切換信號
ST ‧‧‧放電時間信號
SV ‧‧‧波谷信號
VCC ‧‧‧供應電壓
VFB ‧‧‧回授信號
VS ‧‧‧檢測電壓

Claims (15)

  1. 一種功率轉換器之控制器，包括：一脈寬調變電路，產生一切換信號，其中，該切換信號切換該功率轉換器的一電晶體以控制該功率轉換器之一變壓器，且一回授信號耦接至該脈寬調變電路以禁能該切換信號；一檢測電路，透過一電阻器耦接該變壓器，且根據獲得自該變壓器之一檢測信號來產生一波谷信號；一信號產生器，接收該回授信號以及該波谷信號以產生一致能信號；以及一振盪電路，產生一最高頻率信號，其中，該最高頻率信號結合該致能信號來產生一脈波信號，該脈波信號用來致能該切換信號，該回授信號與該功率轉換器之一輸出負載相關聯，且該脈波信號之最高頻率被限制。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器之控制器，更包括一突衝電路，接收該回授信號以產生一突衝信號來禁能該切換信號，其中，該突衝電路包括具有一磁滯特性之一臨界信號以產生該突衝信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器之控制器，其中，該切換信號之一截止時間根據該回授信號之減少而增加。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器之控制器，其中，該檢測電路包括：一檢測端，耦接該變壓器以接收該檢測信號；一電壓箝制電路，箝制在該檢測端上之一最小電壓；一電流檢測電路，根據流至該檢測端之電流來產生一電流信號；以及一比較器，根據該電流信號來產生該波谷信號，其中，該波谷信號只在該切換信號被禁能時產生。
  5. 一種准諧振功率轉換器之控制方法，包括：產生一切換信號，該切換信號用來切換該准諧振功率轉換器之一電晶體以控制該准諧振功率轉換器之一變壓器；根據一回授信號來產生一重置信號；在該切換信號之一截止期間，根據獲得自該變壓器之一檢測信號來產生一波谷信號；產生一最高頻率信號；根據該回授信號以及該波谷信號來產生一致能信號；以及根據該致能信號以及該最高頻率信號來產生一脈波信號；其中，該重置信號用來禁能該切換信號，該脈波信號用來致能該切換信號，且該回授信號與該准諧振功率轉換器之一輸出負載相關聯。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之准諧振功率轉換器之 控制方法，其中，該波谷信號係透過耦接該變壓器之一電阻器而產生。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之准諧振功率轉換器之控制方法，更包括：根據該回授信號來產生一突衝信號，其中，該突衝信號用來禁能該切換信號，該突衝信號根據該回授信號與一臨界信號而產生，且該臨界信號具有一磁滯特性以產生該突衝信號。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之准諧振功率轉換器之控制方法，其中，該切換信號之一截止時間根據該回授信號之減少而增加。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之准諧振功率轉換器之控制方法，其中，該切換信號之一最高頻率被限制。
  10. 一種切換功率轉換器之方法，包括：產生一切換信號，該切換信號用來切換該功率轉換器之一電晶體以控制該功率轉換器之一變壓器；根據一回授信號來產生一重置信號；在該切換信號之一截止期間，根據該變壓器之一信號波形來產生一波谷信號；以及根據該回授信號以及該波谷信號來產生一脈波信號；其中，該脈波信號之一最高頻率被限制，該重置信號用來 禁能該切換信號，該脈波信號用來致能該切換信號，且該回授信號與該功率轉換器之一輸出負載相關聯。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之切換功率轉換器之方法，更包括：產生一最高頻率信號以產生該脈波信號，其中，該最高頻率信號之頻率根據該回授信號之減少而減少。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之功率轉換器之方法，其中，該波谷信號係透過耦接該變壓器之一電阻器而產生。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之功率轉換器之方法，更包括：根據該回授信號來產生一突衝信號，其中，該突衝信號用來禁能該切換信號，該突衝信號根據該回授信號與一臨界信號而產生，且該臨界信號具有一磁滯特性以產生該突衝信號。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之功率轉換器之方法，其中，該切換信號之一截止時間根據該回授信號之減少而增加。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之功率轉換器之方法，其中，該切換信號之一最高頻率被限制。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI552497B (zh) * 2014-09-01 2016-10-01 通嘉科技股份有限公司 具有二極體的漏電流保護的控制器及其操作方法

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8526202B2 (en) * 2009-10-22 2013-09-03 Bcd Semiconductor Manufacturing Limited System and method for synchronous rectifier
US8587964B2 (en) * 2010-09-16 2013-11-19 System General Corp. Control circuit with burst mode and extended valley switching for quasi-resonant power converter
US8730687B2 (en) * 2011-03-09 2014-05-20 System General Corporation Switching controller with valley-lock switching and limited maximum frequency for quasi-resonant power converters
US8749999B2 (en) * 2011-09-14 2014-06-10 System General Corporation Controller and power converter using the same for clamping maximum switching current of power converter
US8982584B2 (en) * 2011-11-15 2015-03-17 Dialog Semiconductor Inc. Power supply regulation for ultra-low load and no-load operation
US9419527B2 (en) * 2012-03-07 2016-08-16 Dialog Semiconductor Inc. Regulation for power supply mode transition to low-load operation
ITMI20121231A1 (it) 2012-07-16 2014-01-17 St Microelectronics Srl Metodo di controllo burst-mode per basso consumo in ingresso in convertitori risonanti e relativo dispositivo di controllo
CN103675425B (zh) * 2012-09-18 2017-05-03 上海占空比电子科技有限公司 一种自适应的反激式开关电源准谐振波谷检测电路
TWI525975B (zh) 2013-02-18 2016-03-11 崇貿科技股份有限公司 返馳式功率轉換器之控制電路
US9444364B2 (en) 2013-03-15 2016-09-13 Dialog Semiconductor Inc. Adaptive peak power control
US10038387B2 (en) 2013-04-15 2018-07-31 Semiconductor Components Industries, Llc Control circuit for active clamp flyback power converter with predicted timing control
TWI491149B (zh) * 2013-05-13 2015-07-01 Upi Semiconductor Corp 直流轉直流控制器及其多斜坡信號的操作方法
US9246378B2 (en) * 2013-07-19 2016-01-26 Supertex, Inc. Method and apparatus for extending the power output range of a power converter used for a lighting system
TWI514737B (zh) * 2013-07-23 2015-12-21 Leadtrend Tech Corp 在準諧振模式產生抖動的控制器以及在準諧振模式產生抖動的方法
TWM483631U (zh) * 2014-03-19 2014-08-01 Semisilicon Technology Corp 改良型發光二極體驅動系統
CN107508462B (zh) 2017-07-10 2020-01-07 昂宝电子（上海）有限公司 针对负载的切换控制器和方法
FR3082959A1 (fr) * 2018-06-26 2019-12-27 Stmicroelectronics (Rousset) Sas Commande cyclique de cellules d'un circuit integre

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6980444B2 (en) * 2003-10-09 2005-12-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Switching power supply
US7026851B2 (en) * 2004-05-12 2006-04-11 System General Corp. PWM controller having frequency jitter for power supplies
CN101202511A (zh) * 2007-08-08 2008-06-18 崇贸科技股份有限公司 用于谐振功率转换器的同步整流电路
CN101207341A (zh) * 2006-12-21 2008-06-25 崇贸科技股份有限公司 谐振电源转换器的切换控制器
US7426120B2 (en) * 2005-11-28 2008-09-16 System General Corporation Switching control circuit having a valley voltage detector to achieve soft switching for a resonant power converter
US20100135050A1 (en) * 2008-10-28 2010-06-03 Fuji Electric Systems Co., Ltd. Switching power supply control circuit
CN101826796A (zh) * 2009-03-02 2010-09-08 昂宝电子（上海）有限公司 利用多模控制的准谐振系统和方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20070859A1 (it) * 2007-11-29 2009-05-30 St Microelectronics Srl Convertitore di tensione isolato con retroazione al primario, e relativo metodo di controllo della tensione di uscita
US7796407B2 (en) * 2007-12-03 2010-09-14 System General Corp. Method and apparatus of providing synchronous regulation for offline power converter
TWI474601B (zh) * 2009-10-08 2015-02-21 Acbel Polytech Inc High conversion efficiency of the pulse mode resonant power converter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6980444B2 (en) * 2003-10-09 2005-12-27 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Switching power supply
US7026851B2 (en) * 2004-05-12 2006-04-11 System General Corp. PWM controller having frequency jitter for power supplies
US7426120B2 (en) * 2005-11-28 2008-09-16 System General Corporation Switching control circuit having a valley voltage detector to achieve soft switching for a resonant power converter
CN101207341A (zh) * 2006-12-21 2008-06-25 崇贸科技股份有限公司 谐振电源转换器的切换控制器
CN101202511A (zh) * 2007-08-08 2008-06-18 崇贸科技股份有限公司 用于谐振功率转换器的同步整流电路
US20100135050A1 (en) * 2008-10-28 2010-06-03 Fuji Electric Systems Co., Ltd. Switching power supply control circuit
CN101826796A (zh) * 2009-03-02 2010-09-08 昂宝电子（上海）有限公司 利用多模控制的准谐振系统和方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI552497B (zh) * 2014-09-01 2016-10-01 通嘉科技股份有限公司 具有二極體的漏電流保護的控制器及其操作方法

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Publication number Publication date
US8488338B2 (en) 2013-07-16
CN102097960B (zh) 2014-02-12
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US20120081084A1 (en) 2012-04-05

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